GPM6A

引言N6-甲基腺苷(m6 A)是调节人类细胞多种生物过程的关键RNA修饰，但其共转录沉积和功能尚不清楚。2024年4月2日，中国科学院北京基因组研究所任捷及杨运桂共同通讯在Molecular Cell 在线发表题为“DDX21 mediates co-transcriptional RNA m6A modification to promote transcription termination and genome stability”的研究论文，该研究发现了RNA解旋酶DDX21在指导新生RNA上的m6 A修饰以进行共转录调控方面具有先前未被认识到的作用。DDX21通过识别R环与METTL3相互作用，共同募集到染色质上，当新生转录物杂交到模板DNA链上时，R环可以共同转录形成。DDX21的解旋酶活性对于METTL3介导的m6 A在新生RNA上的沉积是必需的。在转录终止区，这种联系促进了XRN2介导的RNAPII转录终止。任何这些步骤的破坏，包括DDX21、METTL3或它们的酶活性的丧失，都会导致有缺陷的终止，从而诱导DNA损伤。因此，该研究认为R-loop-DDX21-METTL3连接弥补了m6 A共转录修饰、协调转录终止和基因组稳定性的缺失环节。m6 A是哺乳动物信使RNA (mRNA)中含量最多的修饰物。它是影响mRNA整个生命周期的关键表转录组调控层，包括mRNA前剪接、3’端加工、核输出、翻译、稳定和衰变。由METTL3、METTL14、WTAP、VIRMA、HAKAI、ZC3H13和RBM15组成的甲基转移酶复合物(MTC)催化。MTC与外显子连接复合物的抑制作用一起，共同塑造了m6 A的分布轮廓，其分布在基因体上，并表现出对停止密码子的特异性富集。这种模式是在共转录过程中建立的，并在稳定状态下保持不变。尽管有这些重要的功能和已确立的模式，关于MTC如何协同转录的证据仍然很少，尽管有一些迹象体外研究已经证明了DRACH的保守基序(D = a, G或U;R = A或G;H = A, C，或U)表示MTC的酶活性。然而，这个基序很难解释其分布模式，因为只有5%的基序在体内被利用，表明在新生转录本转录过程中，存在未知的分子决定因素来决定m6 A在新生转录本上的安装。此外，它在调节转录本身中的作用已经开始被揭示，共转录安装的m6 A可能具有不同的功能，这取决于它安装的位置。然而，其安装的上游决定因素和其功能的下游效应在很大程度上仍然未知。模式图（Credit: Molecular Cell）DDX21是DEAD-box亚家族的一员，是一种多任务RNA解旋酶，它利用ATP水解产生的能量来解绕结构RNA分子，从而使下游RNA加工或RNA -蛋白复合物的重塑DDX21与各种RNA底物结合，如rRNA、snoRNA、7SK和核酸结构，包括通常由新生RNA与模板DNA杂交共同转录形成的R环。DDX21参与了广泛的生物过程，包括核糖体生物发生的多个步骤，RNA聚合酶II (RNAPII)介导的转录调节，以及表皮分化的细胞葡萄糖水平感知等。这些多面功能与许多发育缺陷和疾病(包括癌症)有关，可能反映了DDX21可能存在于多种复合物中以介导相应的细胞过程。尽管越来越多的证据表明它的重要作用，但目前还不清楚这种解旋酶是否以及如何参与决定和促进m6 A的安装。在这里。该研究发现了R-loop-DDX21-METTL3-m6 A的一个以前未知的调控轴，它通过协调募集和酶活性的联系，弥补了共转录甲基化及其调控作用的缺失环节，并协调了转录活动与基因组稳定性的关系。这个分子轴为了解m6 A在共转录调控中的基础和功能提供了重要的机制见解。切割该轴的中介结构域和关键酶活性可能为调节m6 A表转录组提供重要靶点，从而促进转录终止并维持基因组稳定性。这些发现揭示了协同转录的m6 A沉积与下游调控结果之间的相互作用，并可能有助于开发创新策略来解决与m6 A代谢失调相关的疾病。原文链接https://www.cell.com/molecular-cell/abstract/S1097-2765(24)00188-6责编|探索君排版|探索君文章来源|“iNature”End往期精选围观一文读透细胞死亡(Cell Death) | 24年Cell重磅综述（长文收藏版）热文Nature | 破除传统：为何我们需要重新思考肿瘤的命名方式热文Nature | 2024年值得关注的七项技术热文Nature | 自身免疫性疾病能被治愈吗？科学家们终于看到了希望热文CRISPR技术进化史 | 24年Cell综述

引言1型糖尿病(T1D)的特征是胰腺β细胞的破坏。一些观察结果重新引起了人们对β细胞RNA传感器和编辑器的兴趣。2024年2月26日，芝加哥大学何川及哈佛医学院Rohit N. Kulkarni共同通讯在Nature Cell Biology 在线发表题为“Redox regulation of m6A methyltransferase METTL3 in β-cells controls the innate immune response in type 1 diabetes”的研究论文，该研究发现N6 -甲基腺苷(m6 A)是一种适应性β-细胞保护机制，在T1D发病时控制抗病毒先天免疫反应的幅度和持续时间。m6 A“书写者”甲基转移酶3 (METTL3)水平在T1D发病时在β-细胞中急剧升高，但随着疾病进展迅速下降。m6 A测序结果显示，在T1D发病时，人胰岛和EndoC-βH1细胞中几种关键的先天免疫介质(包括OAS1、OAS2、OAS3和ADAR1)的m6 A高甲基化。METTL3沉默通过增加2 ' -5 ' -寡聚腺苷酸合成酶mRNA的稳定性来提高其水平。与此一致的是，在非肥胖糖尿病小鼠T1D模型中，延长β细胞中Mettl3过表达的体内基因治疗延迟了糖尿病的进展。从机制上讲，活性氧的积累阻止了METTL3响应细胞因子的上调，而生理水平的一氧化氮增强了METTL3的水平和活性。此外，还报道了METTL3蛋白锌指结构域C276和C326位置的半胱氨酸对S-亚硝基化敏感，并且对METTL3介导的人β细胞低聚腺苷酸合成酶mRNA稳定性的调节很重要。总之，该研究报告了m6 A在人类T1D发病期间在β细胞水平调节先天免疫反应。区分自我与非自我DNA或RNA的能力是先天免疫系统的一项基本功能。因此，一些自身免疫性疾病是由先天免疫系统的过度激活引发的。此外，大量证据表明，在1型糖尿病(T1D)发病前，介导先天免疫系统的多个基因被激活。这一点具有重要意义，因为参与先天免疫反应的核酸传感器在T1D发病时在胰岛素胰岛中上调。上调的基因包括2 ' -5 ' -寡腺苷酸合成酶(OAS)家族，这是一类核苷酸转移酶，一旦被激活，要么独立起作用，要么产生2 ' -5 '连接的寡腺苷酸来激活RNase L。值得注意的是，OAS基因簇的多态性与T1D的易感性有关。有趣的是，β-细胞在胰岛细胞中是独一无二的，它具有上调OAS表达的能力到干扰素(IFN)-α或聚(I:C)(双链RNA (dsRNA)模拟物)。在dsRNA诱导的T1D小鼠模型中，OAS在β-细胞中的过度表达导致增殖阻滞和凋亡，而RNase L缺失的小鼠可免受糖尿病的影响，这与OAS-RNase L通路的过度激活导致β-细胞死亡和T1D14的观点一致。m6 A是信使RNA中最丰富的修饰。腺苷甲基化水平由甲基转移酶3 (METTL3)和14 (METTL14)等“书写”蛋白调节。几种RNA结合蛋白，“阅读器”，包括YT521-B同源家族蛋白(例如，YTHDF)，识别甲基化腺苷并调节mRNA生物学的几个方面，包括mRNA衰变。METTL3是m6 A书写复合物中唯一具有催化活性的酶。最近的研究表明，METTL3的活性可以通过SUMOylation和磷酸化来调节。然而，半胱氨酸氧化修饰如S-亚硝基化(SNO)的作用尚未被探索。SNO在控制METTL3功能和OAS mRNA衰变中的作用（Credit: Nature Cell Biology）最近的发现表明，m6 A机制通过促进腺苷向肌苷(A-to-I) RNA编辑调节ADAR1或阻断内源性异常dsRNAs的合成的转变，加速成纤维细胞中I型IFN基因的周转，从而调节先天免疫反应。然而，m6 A在T1D中的生物学作用，更具体地说，它们对介导β细胞先天免疫反应的贡献尚不清楚。该研究发现METTL3水平在T1D发病时升高，然后迅速下降。此外，OAS基因的m6 A高甲基化，并证明了METTL3在人pseudoislets 和EndoC-βH1细胞中的下调会导致OAS蛋白的上调。还观察到，m6 A通过氧化还原敏感的METTL3锌指结构域的半胱氨酸残基(C276和C326)的SNO加速了OAS mRNA的衰变。β细胞中Mettl3的持续过表达能够限制Oas的上调，并保护非肥胖糖尿病(NOD)小鼠模型的T1D不发生糖尿病，这支持了这些发现的翻译意义。该研究确定了m6 A作为一种适应性β细胞保护机制，在T1D发病时控制先天抗病毒免疫反应。原文链接https://www.nature.com/articles/s41556-024-01368-0责编|探索君排版|探索君文章来源|“iNature”End往期精选围观一文读透细胞死亡(Cell Death) | 24年Cell重磅综述（长文收藏版）热文Nature | 破除传统：为何我们需要重新思考肿瘤的命名方式热文Nature | 2024年值得关注的七项技术热文Nature | 自身免疫性疾病能被治愈吗？科学家们终于看到了希望热文Nature | 癌症与神经系统的致命舞蹈

肝转移是结直肠癌(CRC)患者死亡的主要原因。新出现的证据表明，环状RNA (circRNA)在癌症进展中起着关键作用。然而，其在结直肠癌肝转移中的作用在很大程度上仍然未知。2023年12月13日，中山大学潘志忠、林俊忠及周驰共同通讯在Molecular Cancer（IF=37）在线发表题为“A positive feedback circuit driven by m6A-modified circular RNA facilitates colorectal cancer liver metastasis”的研究论文，该研究证明，由m6 A修饰的环状RNA驱动的正反馈回路促进结直肠癌肝转移。Circ-YAP在伴有肝转移的结直肠癌中显著上调，与预后不良相关。Circ-YAP促进CRC细胞在体外的迁移和侵袭，并促进患者源性异种移植(PDX)模型体内的肝转移。从机制上讲，circ-YAP编码了一种含有220个氨基酸的新型截断蛋白，称为YAP-220aa，该蛋白与LATS1竞争性结合，导致YAP去磷酸化和核易位，从而激活一系列促进转移的基因。重要的是，N6-甲基腺苷(m6 A)修饰协调了circ-YAP翻译的有效起始，需要m6 A“读取器”YTHDF3和eIF4G2翻译起始复合物。有趣的是，circ-YAP被YAP/TEAD复合物转录增强，从而形成一个正调控前馈回路。总之，该研究揭示了circ-YAP编码的一个以前未被表征的癌蛋白，这意味着一个有希望的结直肠癌肝转移患者的生物标志物和治疗靶点。结直肠癌(Colorectal cancer, CRC)是消化道最常见的恶性肿瘤之一，其发病率和死亡率在所有恶性肿瘤中分别排名第三和第二位。肿瘤转移是结直肠癌患者死亡的主要原因。临床上约有45-60%的结直肠癌患者存在肝转移，90%以上的肝转移不能初步切除。未经手术治疗的结直肠癌肝转移患者中位生存时间仅为6.9个月，5年生存率不足5%。因此，破解结直肠癌肝转移机制，发现预防和干预转移的新治疗靶点，提高患者生存率具有重要的临床意义。环状RNA (Circular RNA, circRNA)是一类特殊的内源性RNA分子，具有共价闭环结构，没有传统的5′端“帽状结构”和3′端聚A尾部。一些circRNA被确定为预测疾病进展和预后的可用生物标志物。最近的一些证据表明circRNA能够被翻译成功能性肽。此外，circRNAs编码的截断蛋白如E-Cad-254aa和ARHGAP35-1289aa分别被报道在胶质瘤和肝细胞癌中发挥关键作用。由于从头到尾的形状，circRNA以帽独立的方式编码蛋白质，由内部核糖体进入位点(IRES)或m6 A修饰驱动。m6 A是真核RNA中最丰富的内部修饰，具有动态可逆性，由m6 A写入器(METTL3/14和WTAP)催化，由m6 A“擦除器”(FTO和ALKBH5)去除，由m6 A读取器(YTHDF1/2/3和ythdc2 /2)识别。迄今为止，只有少数这些隐藏在环状RNAs中的小内源性蛋白被表征，绝大多数的功能相关性尚未被发现。机理模式图（图源自Molecular Cancer ）该研究发现circRNA circ-YAP是CRC肝转移的驱动因素。Circ-YAP包含一个220-aa的开放阅读框(ORF)，并以m6 A依赖的方式编码一种新的YAP蛋白异构体，称为YAP-220aa。此外，还发现YAP220aa通过阻止LATS1介导的YAP磷酸化和细胞质保留来激活YAP信号。该研究揭示了circ-YAP编码的一个以前未被表征的癌蛋白，这意味着一个有希望的结直肠癌肝转移患者的生物标志物和治疗靶点。参考文献：Zeng K, Peng J, Xing Y, Zhang L, Zeng P, Li W, Zhang W, Pan Z, Zhou C, Lin J. A positive feedback circuit driven by m6A-modified circular RNA facilitates colorectal cancer liver metastasis. Mol Cancer. 2023 Dec 13;22(1):202. doi: 10.1186/s12943-023-01848-1. PMID: 38087322; PMCID: PMC10717141.责编|探索君排版|探索君文章来源|“iNature”End往期精选围观王晓红教授团队：绘制单次冷冻囊胚移植成功的女性植入期外周血microRNA动态表达谱，开拓领域创新研究热文维生素B12在细胞重编程与组织再生中发挥关键作用！热文不孕症治疗新方向！又一导致女性不孕的关键因素被发现热文Let-7家族miRNA或为癌症潜在免疫治疗靶点热文一项最新发现或可用于阿尔茨海默病药物开发点击“阅读原文”，了解更多~